haku: @supervisor Tuhkuri, Jukka / yhteensä: 83
viite: 29 / 83
| Tekijä: | Hämäläinen, Juhani |
| Työn nimi: | Substructure topology optimization of an electric machine |
| Sähkökoneen osarakenteen topologian optimointi | |
| Julkaisutyyppi: | Diplomityö |
| Julkaisuvuosi: | 2013 |
| Sivut: | viii + 68 s. + liitt. 33 Kieli: eng |
| Koulu/Laitos/Osasto: | Sovelletun mekaniikan laitos |
| Oppiaine: | Lujuusoppi (Kul-49) |
| Valvoja: | Tuhkuri, Jukka |
| Ohjaaja: | Kokkonen, Petteri |
| OEVS: | Sähköinen arkistokappale on luettavissa Aalto Thesis Databasen kautta.
Ohje Digitaalisten opinnäytteiden lukeminen Aalto-yliopiston Harald Herlin -oppimiskeskuksen suljetussa verkossaOppimiskeskuksen suljetussa verkossa voi lukea sellaisia digitaalisia ja digitoituja opinnäytteitä, joille ei ole saatu julkaisulupaa avoimessa verkossa. Oppimiskeskuksen yhteystiedot ja aukioloajat: https://learningcentre.aalto.fi/fi/harald-herlin-oppimiskeskus/ Opinnäytteitä voi lukea Oppimiskeskuksen asiakaskoneilla, joita löytyy kaikista kerroksista.
Kirjautuminen asiakaskoneille
Opinnäytteen avaaminen
Opinnäytteen lukeminen
Opinnäytteen tulostus
|
| Sijainti: | P1 Ark Aalto 4339 | Arkisto |
| Avainsanat: | topology optimization SIMP penalization substructure forced displacements |
| Tiivistelmä (fin): | Työssä hyödynnetään rakenneoptimoinnin menetelmää, topologian optimointia, sähkökoneen osarakenteen uudelleensuunnitteluissa. Tavoitteena on lisätä rakenteen jäykkyyttä ennalta määrätyn tilavuusrajoitteen puitteissa. Topologian optimointi suoritetaan kaupallisella OptiStruct ohjelmistolla, joka hyödyntää nk. SIMP-menetelmää. Alkuperäinen sähkökoneen osarakenne on hitsattu teräslevyistä, mutta optimointitulos koostuu perusaineesta ja siksi optimoidussa rakenteessa ei ole hitsejä. Tämän vaikutusta rakenteen väsymiskestävyyden nousuun tutkitaan lyhyesti. Topologian optimoinnin teoria esitellään ja käytetty ohjelmisto testataan kolmella alan kirjallisuudesta saadulla optimirakenteella. Topologian optimoinnin käyttöönottoa tuotteen suunnitteluprosessissa käsitellään ja annetaan esimerkkejä prosessista. Ohjelman validointitulosten mukaan OptiStruct tuottaa optimoituja ja läheisoptimaalisia rakenteita ja ohjelmaa suositellaan käytettäväksi lopputyössä. Topologian optimointi lineaaristen elementtien malleilla paljasti tunnettuja SIMP-menetelmän ominaisuuksia, kuten nk. shakkilautarakenteen muodostumisen ratkaisussa. Osarakenteen optimoinnissa käytetään erilaisia kuormitustapauksia. Reunaehdot annetaan ennalta määrättyinä staattisina siirtyminä, jotka saadaan erillisestä FE-analyysista. Siirtymät edustavat alirakenteen käyttöympäristössään kokemia kuormia. Aluksi optimointi ratkaistaan jokaisessa kuormitustapauksessa erikseen, hyödyntäen lineaaristen elementtien mallia, ilman optimoinnin lisärajoitteita. Tulosrakenteiden piirteitä ja eroja tutkitaan ja tietoja hyödynnetään myöhemmissä analyyseissa. Tämän jälkeen suoritetaan yhdistetty, monen kuormitustapauksen optimointi, parabolisten elementtien mallilla. Tässä optimoinnissa hyödynnetään lisärajoitteina symmetriaa ja rakenneosien minimipaksuusehtoa. Uusi osarakenne on modifioitu topologian optimointitulos. Rakenteen staattinen jäykkyys nousi ja rakenteen paino lisääntyi n. 8 % verrattuna alkuperäiseen rakenteeseen. Optimoidun osarakenteen väsymiskestävyys parani, koska hitsit jäivät pois kuormitetuilta alueilta. Topologian optimointia ehdotetaan hyödynnettäväksi konseptivaiheessa, mutta menetelmä soveltuu myös tarkasti määriteltyjen rakenteiden optimointiin. |
| Tiivistelmä (eng): | In the thesis a structural optimization method called topology optimization is applied to redesign a substructure of an electric machine. The objective is to increase the stiffness of this structure with a prescribed volume constraint. Topology optimization is performed with commercial software OptiStruct. The software utilizes the so called SIMP method. The initial substructure of the electric machine is welded from steel plates. The optimization result consists of base material, thus no welds are found in the optimized structure. The influence of this to the fatigue life of the structure is briefly studied. Topology optimization theory is outlined and the software is validated with three optimal benchmark cases from the literature. The implementation of topology optimization in a product design process is discussed and examples of the procedure are provided. According to the software validation, OptiStruct delivers optimized and near optimal topologies. The software is recommended to be used in the thesis. Topology optimization with linear element models revealed known features of the SIMP method, like the formation of the so called checkerboarding in the optimization solution. In the optimization of the substructure various load cases, with prescribed static displacements, are used. These are extracted from a separate FEA and they represent loadings of the substructure in its operating environment. The topology optimization is initially performed in individual load cases with linear element models. No additional constraints of the software are used in this optimization. Defining features and differences of the resulting structures are studied. Finally a combined optimization of multiple load cases is performed with parabolic element models with symmetry and minimum member size constraints. The new substructure consists of topology optimization results, with modified features by the author. The stiffness of the structure was multiplied in specific load cases, with around 8% added weight, when compared to the original substructure. The fatigue strength of the structure was increased, as no welds are found in highly stressed regions of the structure. The implementation of the topology optimization method was recommended in the concept phase of product development, but it can be also used in cases where the initial structure is strictly defined. |
| ED: | 2013-10-22 |
INSSI tietueen numero: 47383
+ lisää koriin
INSSI